Keemilise tasakaalu seisund sõltub paljudest teguritest: temperatuur, rõhk, reagentide kontsentratsioon. Vaatleme üksikasjalikumalt nende tegurite mõju.

Tasakaalusüsteemi komponentide kontsentratsiooni muutus konstantsel temperatuuril nihutab tasakaalu, kuid tasakaalukonstandi väärtus ei muutu. Kui reaktsiooni jaoks suurendatakse aine A (või B) kontsentratsiooni, suureneb edasisuunalise reaktsiooni kiirus ja vastupidise reaktsiooni kiirus. esialgne hetk aeg ei muutu. Tasakaal läheb katki. Seejärel hakkab lähteainete kontsentratsioon vähenema ja reaktsioonisaaduste kontsentratsioon suureneb ning see jätkub kuni uue tasakaalu saavutamiseni. Sellistel juhtudel ütleme, et tasakaal nihkub reaktsiooniproduktide moodustumise suunas või nihkub paremale.

Samamoodi argumenteerides määrake ise, kuhu tasakaal nihkub, kui aine C kontsentratsiooni suurendada; vähendada aine D kontsentratsiooni.

Komponentide kontsentratsioonide muutmisega on võimalik tasakaalu nihutada soovitud suunas, suurendades või vähendades reaktsioonisaaduste saagist; otsides lähteainete täielikumat kasutamist või vastupidi,

Teise ülesande täitmiseks tuletame meelde, et otsereaktsioon kestab seni, kuni üks komponentidest A või B lõpeb. Reaktsioonivõrrandist on näha, et reagendid reageerivad ekvimolaarsetes * kogustes, pealegi on nende kontsentratsioonid võrdsed vastavalt probleemi seisund. Seetõttu lõpevad ained A ja B reageerivad samal ajal. Reaktsioonivõrrandist on näha ka, et ühe mooli aine A muundamisel tekib kaks mooli ainet C ja üks mool ainet D. Seetõttu lisandub ainete C ja D kogusele veel mõned neist. juba süsteemis. Pärast lihtsat arvutust saame soovitud tulemuse:

[A] = [B] = 0 mol/l; [C] = 2 + 2 = 4 mol/l; [D] = 2 + 1 = 3 mol/l.

Sarnane arutluskäik viiakse läbi ka kolmanda ülesande puhul, pidades meeles, et ained C ja D reageerivad vahekorras 2:1 ning arvutus tuleb läbi viia defitsiitse aine koguse järgi (määratle see aine). Tehke arvutused ja saate tulemuse:

[A] \u003d [B] \u003d 1 + 2/2 \u003d 2 mol / l; [C] = 0 mol/l; [D] = 2-2/2 = 1 mol/l.

Reaktsiooni A + B C + D tasakaalukonstant on võrdne ühega. Algkontsentratsioon [A]o = 0,02 mol/l. Mitu protsenti ainest A muundub, kui algkontsentratsioonid [B]o on 0,02; 0,1; 0,2?

Tähista x-ga aine A tasakaalukontsentratsioon ja kirjuta üles tasakaalukonstandi avaldis. Aine B tasakaalukontsentratsioon on samuti võrdne x-ga. Reaktsiooniproduktide (C ja D) kontsentratsioonid on üksteisega võrdsed ja 0,02x. (Näidake seda reaktsioonivõrrandi abil.)

Kirjutame tasakaalukonstandi avaldise.

Kravn. \u003d (0,02 - x) (0,02 - x) / x2 \u003d 1

Olles lahendanud x võrrandi, saame tulemuse: x \u003d 0,01. Järelikult läbis esimesel juhul pool ainest A (ehk 50%) transformatsiooni.

Teisel juhul on tasakaalukonstant võrdne

Kravn. \u003d (0,02 - x) (0,02 - x) / (0,1 - (0,02 - x)) \u003d 1

Hankige see avaldis ise ja pärast võrrandi lahendamist kontrollige tulemust (x = 0,003). Seetõttu sisenes reaktsiooni (0,02 - 0,003) mol ainet A, mis on 83,5%.

Lahendage ülesanne kolmandal juhul ise ja lahendage ka sama ülesanne, märkides reageerinud aine koguse x-ga.

Saadud tulemuste põhjal võib teha olulise järelduse. Konstantsel tasakaalukonstandil reageeriva aine osakaalu suurendamiseks on vaja suurendada teise reagendi kogust süsteemis. Sarnane probleem tekib näiteks jäätmete keemilisel teel taaskasutamisel.

Temperatuuri tõusuga suureneb nii edasi- kui ka vastupidise reaktsiooni kiirus, kuid kui pärireaktsioon on endotermiline (?Н > 0), siis otsereaktsiooni kiirus suureneb rohkem kui pöördreaktsiooni kiirus, ja tasakaal nihkub toodete moodustumise suunas või paremale. Edasisuunalise reaktsiooni negatiivse termilise efektiga (eksotermiline reaktsioon) suureneb pöördreaktsiooni kiirus tugevamini ja tasakaal nihkub vasakule.

Kaaluge enda jaoks kõiki võimalikke tasakaalu nihutamise juhtumeid temperatuuri langusega.

Joonisel 5 on näha, et erinevus E "a - E" a on võrdne reaktsiooni?H-ga, mis tähendab, et tasakaalukonstandi väärtus sõltub reaktsiooni termilise efekti suurusest, s.o. kas reaktsioon on endo- või eksotermiline.

Mõne reaktsiooni tasakaalukonstant 293°K juures on 5 10-3 ja 1000°K juures 2 10-6. Mis on selle reaktsiooni termilise efekti märk?

Ülesande tingimustest järeldub, et temperatuuri tõustes tasakaalukonstant väheneb. Kasutame avaldist (22) ja vaatame, milline peaks olema reaktsiooni DH märk, et konstant väheneks.

Kequiv. esitati eksponentsiaalne funktsioon, mille väärtus väheneb argumendi vähenemisega, meie puhul avaldise ДH/RT väärtus. Selleks, et argumendi väärtus väheneks, peab DH väärtus olema negatiivne. Seetõttu on vaadeldav reaktsioon eksotermiline.

Rõhu muutus mõjutab märgatavalt gaasilisi komponente sisaldavate süsteemide olekut. Sel juhul kooskõlas gaasiseadused toimub muutus süsteemi mahus ja see toob kaasa gaasiliste ainete kontsentratsiooni (või nende osarõhkude) muutumise. Seega väheneb rõhu suurenemisega maht ja gaasiliste ainete kontsentratsioon suureneb. Kontsentratsiooni suurenemine viib, nagu me juba teame, tasakaalu nihkumiseni reaktiivi tarbimise suunas, mis on suurendanud selle kontsentratsiooni. Sel juhul võib selle sõnastada mõnevõrra teisiti. ?Rõhu tõustes nihkub tasakaal gaasiliste ainete väiksema koguse ehk lihtsamalt öeldes gaasiliste ainete molekulide arvu vähenemise suunas. Tahkete ainete ja vedelike kontsentratsioon ei muutu rõhuga.

Vaatleme klassikalist näidet ammoniaagi sünteesist lämmastikust ja vesinikust

3H2 + N2 - 2NH3, (DN< 0).

Kuna süsteem koosneb ainult gaasilistest ainetest ja ammoniaagi moodustumisel molekulide arv väheneb, siis rõhu tõustes nihkub tasakaal paremale, suurema ammoniaagi väljundi suunas. Seetõttu toimub ammoniaagi tööstuslik süntees kõrgendatud rõhul.

Soovitage ise temperatuuri tingimused ammoniaagi süntees, teades reaktsiooni termilist efekti ja järgides toote maksimaalset saagist. Kuidas need tingimused korreleeruvad protsessi kineetiliste teguritega?

Kuidas mõjutab rõhu tõus järgmiste reaktsioonide tasakaalu?

keemilise kineetika katalüsaatori inhibiitor

CaCO3 (c.) - CaO (c.) + CO2 (g.);

4Fe(c.) + 3O2(g.) - 2Fe2O3(c.).

Esimeses reaktsioonis on gaasiline ainult süsinikdioksiid CO2, seetõttu nihkub tasakaal rõhu suurenemisel vasakule, gaasilise aine koguse vähenemise suunas.

Mõelge ise teisele juhtumile.

Kuidas tuleks nende reaktsioonide rõhku muuta, et saavutada suurem saagis?

Kõiki tasakaalusüsteemi oleku muutumise juhtumeid välismõjude mõjul saab üldistada, sõnastades Le Chatelier' põhimõtte:

Kui tasakaalus olev süsteem allub välismõju, siis tasakaal nihkub suunas, mis nõrgendab välismõju mõju.

Kontrollige, kas Le Chatelier' põhimõte on kõigil ülaltoodud juhtudel täidetud.

Tooge oma näiteid tasakaalunihete kohta välistingimuste muutumisel ja selgitage neid Le Chatelier' põhimõtte alusel.

Niisiis, oleme kaalunud peamisi keemiliste reaktsioonide kulgemise seadustega seotud küsimusi. Nende mustrite tundmine võimaldab optimaalse tulemuse saavutamiseks otstarbekalt mõjutada teatud protsesside läbiviimise tingimusi.

Küsimused enesekontrolliks

• 1. Milliseid reaktsioone nimetatakse pöörduvateks?
• 2. Kuidas ja miks muutuvad edasi- ja tagasireaktsiooni kiirused ajas?
• 3. Mida nimetatakse keemiliseks tasakaaluks?
• 4. Milline väärtus iseloomustab kvantitatiivselt keemilist tasakaalu?
• 5. Mis määrab tasakaalukonstandi väärtuse: reageerivate ainete kontsentratsioon; reagentide olemus; kogurõhk; temperatuur; katalüsaatori olemasolu?
• 6. Millised on tõelise keemilise tasakaalu tunnused?
• 7. Mis vahe on vale keemilise tasakaalu ja tõelise tasakaalu vahel?
• 8. Esitage Le Chatelier' printsiibi sõnastus.
• 9. Sõnasta Le Chatelier’ printsiibi tagajärjed.

Süsteemi parameetrite, sealhulgas lähteainete ja reaktsioonisaaduste uurimine võimaldab välja selgitada, millised tegurid nihutavad keemilist tasakaalu ja viivad soovitud muutusteni. Tuginedes Le Chatelier', Browni ja teiste teadlaste järeldustele pöörduvate reaktsioonide läbiviimise meetodite kohta, põhinevad tööstuslikud tehnoloogiad, mis võimaldavad läbi viia protsesse, mis varem tundusid võimatud, ja saada majanduslikku kasu.

Erinevad keemilised protsessid

Vastavalt termilise efekti omadustele liigitatakse paljud reaktsioonid eksotermilisteks või endotermilisteks. Esimesed käivad koos soojuse moodustumisega, näiteks süsiniku oksüdeerumisega, kontsentreeritud väävelhappe hüdratatsiooniga. Teist tüüpi muutused on seotud soojusenergia neeldumisega. Endotermiliste reaktsioonide näited: kaltsiumkarbonaadi lagunemine kustutatud lubja ja süsinikdioksiidi moodustumisega, vesiniku ja süsiniku moodustumine metaani termilisel lagunemisel. Ekso- ja endotermiliste protsesside võrrandites on vaja märkida termiline efekt. Elektronide ümberjaotumine reageerivate ainete aatomite vahel toimub redoksreaktsioonides. Reaktiivide ja toodete omaduste järgi eristatakse nelja tüüpi keemilisi protsesse:

Protsesside iseloomustamiseks on oluline reageerivate ühendite interaktsiooni täielikkus. See omadus on aluseks reaktsioonide jagunemisele pöörduvateks ja pöördumatuteks.

Reaktsioonide pöörduvus

Suurema osa keemilistest nähtustest moodustavad pöörduvad protsessid. Lõppsaaduste moodustumine reagentidest on otsene reaktsioon. Vastupidi, lähteained saadakse nende lagunemise või sünteesi saadustest. Reageerivas segus tekib keemiline tasakaal, milles saadakse nii palju ühendeid kui algmolekulid lagunevad. Pööratavates protsessides kasutatakse reagentide ja toodete vahelise märgi "=" asemel sümboleid "↔" või "⇌". Nooled võivad olla ebavõrdse pikkusega, mis on seotud ühe reaktsiooni domineerimisega. Keemilistes võrrandites saab näidata ainete koondomadusi (g - gaasid, w - vedelikud, m - tahked ained). Teaduslikult põhjendatud pöörduvate protsesside mõjutamise meetoditel on suur praktiline tähtsus. Seega muutus ammoniaagi tootmine tulusaks pärast tingimuste loomist, mis nihutavad tasakaalu sihtprodukti moodustumise suunas: 3H 2 (g) + N 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g). Pöördumatud nähtused toovad kaasa lahustumatu või vähelahustuva ühendi ilmumise, reaktsioonisfäärist väljuva gaasi moodustumise. Need protsessid hõlmavad ioonivahetust, ainete lagunemist.

Keemiline tasakaal ja selle nihkumise tingimused

Edasi- ja tagasisuunamisprotsesside omadusi mõjutavad mitmed tegurid. Üks neist on aeg. Reaktsiooniks võetud aine kontsentratsioon väheneb järk-järgult ja lõppühend suureneb. Edasisuuna reaktsioon on aina aeglasem, vastupidine protsess kogub hoogu. Teatud intervalli jooksul kulgevad sünkroonselt kaks vastandlikku protsessi. Ainete vastastikmõju tekib, kuid kontsentratsioonid ei muutu. Põhjuseks on süsteemis tekkinud dünaamiline keemiline tasakaal. Selle säilitamine või muutmine sõltub:

• temperatuuritingimused;
• ühendite kontsentratsioonid;
• rõhk (gaaside puhul).

Nihe keemilises tasakaalus

Aastal 1884 pakkus väljapaistev teadlane Prantsusmaalt A. L. Le Chatelier välja kirjelduse viisidest, kuidas süsteem dünaamilise tasakaalu seisundist välja tuua. Meetod põhineb välistegurite toime tasandamise põhimõttel. Le Chatelier juhtis tähelepanu asjaolule, et reageerivas segus tekivad protsessid, mis kompenseerivad kõrvaliste jõudude mõju. Prantsuse teadlase sõnastatud põhimõte väidab, et tingimuste muutumine tasakaaluseisundis soosib kõrvalist mõju nõrgendava reaktsiooni kulgu. Tasakaalu nihe järgib seda reeglit, seda täheldatakse koostise, temperatuuritingimuste ja rõhu muutumisel. Tööstuses kasutatakse teadlaste leidudel põhinevaid tehnoloogiaid. Palju keemilised protsessid, mida peeti praktiliselt teostamatuks, viiakse läbi tänu tasakaalu nihutamise meetoditele.

Kontsentratsiooni mõju

Tasakaalu nihe toimub siis, kui teatud komponendid eemaldatakse interaktsioonitsoonist või lisatakse aine täiendavaid osi. Toodete eemaldamine reaktsioonisegust põhjustab tavaliselt nende moodustumise kiiruse tõusu, samas kui ainete lisamine, vastupidi, viib nende valdava lagunemiseni. Esterdamisprotsessis kasutatakse dehüdratsiooniks väävelhapet. Kui see viiakse reaktsioonisfääri, suureneb metüülatsetaadi saagis: CH 3 COOH + CH 3 OH ↔ CH 3 COOSH 3 + H 2 O. Kui lisada hapnikku, mis interakteerub vääveldioksiidiga, nihkub keemiline tasakaal vääveltrioksiidi moodustumise otsene reaktsioon. Hapnik seondub SO 3 molekulidega, selle kontsentratsioon väheneb, mis on kooskõlas Le Chatelier' pöörduvate protsesside reegliga.

Temperatuuri muutus

Protsessid, mis käivad koos soojuse neeldumise või eraldumisega, on endo- ja eksotermilised. Tasakaalu nihutamiseks kasutatakse kuumutamist või soojuse eemaldamist reageerivast segust. Temperatuuri tõusuga kaasneb endotermiliste nähtuste kiiruse tõus, mille käigus neeldub lisaenergiat. Jahutamisel on eeliseks eksotermilised protsessid, mis eraldavad soojust. Süsinikdioksiidi interaktsiooni ajal kivisöega kaasneb kuumutamisega monooksiidi kontsentratsiooni suurenemine ja jahutamine põhjustab valdavalt tahma moodustumist: CO 2 (g) + C (t) ↔ 2CO (g).

Rõhu mõju

Rõhu muutus on oluline tegur gaasilisi ühendeid sisaldavate segude reageerimisel. Samuti peaksite pöörama tähelepanu algsete ja saadud ainete mahtude erinevusele. Rõhu langus põhjustab valdavalt nähtuste esinemist, mille puhul kõigi komponentide kogumaht suureneb. Rõhu tõus suunab protsessi kogu süsteemi mahu vähendamise suunas. Seda mustrit täheldatakse ammoniaagi moodustumise reaktsioonis: 0,5N2 (g) + 1,5H2 (g) ⇌ NH3 (g). Rõhu muutus ei mõjuta konstantse mahu juures toimuvate reaktsioonide keemilist tasakaalu.

Optimaalsed tingimused keemilise protsessi rakendamiseks

Tasakaalu nihutamiseks tingimuste loomine määrab suuresti kaasaegsete keemiatehnoloogiate arengu. Teadusliku teooria praktiline kasutamine aitab kaasa optimaalsete tootmistulemuste saavutamisele. Kõige markantsem näide on ammoniaagi tootmine: 0,5N 2 (g) + 1,5H 2 (g) ⇌ NH 3 (g). N 2 ja H 2 molekulide sisalduse suurenemine süsteemis on soodne keeruka aine sünteesiks lihtsatest ainetest. Reaktsiooniga kaasneb soojuse eraldumine, seega põhjustab temperatuuri langus NH3 kontsentratsiooni tõusu. Algkomponentide maht on suurem kui sihttoote maht. Rõhu tõus suurendab NH3 saagist.

Tootmistingimustes valitakse kõigi parameetrite (temperatuur, kontsentratsioon, rõhk) optimaalne suhe. Lisaks on sellel suur tähtsus reagentide kokkupuuteala. Tahketes heterogeensetes süsteemides põhjustab pinna suurenemine reaktsioonikiiruse suurenemist. Katalüsaatorid suurendavad edasi- ja tagurpidi reaktsioonide kiirust. Selliste omadustega ainete kasutamine ei too kaasa keemilise tasakaalu nihkumist, vaid kiirendab selle tekkimist.

Ülesanne

Täpsustage, kuidas see mõjutab:

a) rõhu tõus;

b) temperatuuri tõus;

c) hapniku kontsentratsiooni suurendamine süsteemi tasakaalustamiseks:

2CO(G) + O 2 (G) ↔ 2CO 2 (G) + Q

Lahendus:

a) Rõhu muutus nihutab gaasiliste ainetega seotud reaktsioonide tasakaalu (d). Määrame stöhhiomeetriliste koefitsientide abil gaasiliste ainete mahud enne ja pärast reaktsiooni:

Le Chatelier’ põhimõtte kohaselt suureneva rõhuga , tasakaal nihkub hariduse poolei ained, mis hõivavad vähem umbes b b sööma, seetõttu nihkub tasakaal paremale, st. CO 2 tekke suunas, otsese reaktsiooni suunas (→) .

b) Le Chatelier' põhimõtte kohaselt kui temperatuur tõuseb, tasakaal nihkub endotermilise reaktsiooni suunas (- K ), st. pöördreaktsiooni suunas - CO 2 lagunemisreaktsioon (←) , sest energia jäävuse seadus:

Q - 2 CO (g) + O 2 (g) ↔ 2 CO 2 (g) + Q

V) Kui hapniku kontsentratsioon suureneb süsteemi tasakaal nihkub CO 2 saamiseks (→) sestreagentide (vedelate või gaasiliste) kontsentratsiooni suurenemine nihkub toodete poole, s.o. otsese reaktsiooni suunas.

Lisaks:

Näide 1 Mitu korda muutub edasi- ja tagurpidi reaktsioonide kiirus süsteemis:

2 NII 2 (d) +O 2 (d) = 2NII 3 (G)

kui gaasisegu maht kolmekordistub? Millises suunas süsteemi tasakaal nihkub?

Lahendus. Tähistame reageerivate ainete kontsentratsioone: [NII 2 ]= a , [ABOUT 2 ] = b , [ NII 3 ] = Koos. Vastavalt kiirusmasside toimeseaduselev edasi- ja tagurpidi reaktsioonid enne mahu muutmist:

v jne = Ka 2 b

v arr = TO 1 Koos 2 .

Pärast homogeense süsteemi ruumala vähendamist kolm korda suureneb iga reagendi kontsentratsioon kolm korda: [NII 2 ] = 3 A , [ABOUT 2 ] = 3 b ; [ NII 3 ] = 3 Koos . Uutel kiiruskontsentratsioonidelv ’ edasi-tagasi reaktsioon:

v ’ jne = TO (3 A ) 2 (3 b ) = 27 Ka 2 b

v ’ arr = TO 1 (3 Koos ) 2 = 9 TO 1 Koos 2

Siit:

Järelikult suurenes edasisuunalise reaktsiooni kiirus 27 korda ja vastupidise reaktsiooni kiirus vaid üheksa korda. Süsteemi tasakaal on nihkunud hariduse pooleNII 3 .

Näide 2 Arvutage, mitu korda suureneb gaasifaasis toimuva reaktsiooni kiirus temperatuuri tõusuga 30-70 O C, kui reaktsiooni temperatuuritegur on 2.

Lahendus. Keemilise reaktsiooni kiiruse sõltuvus temperatuurist määratakse Van't Hoffi empiirilise reegliga järgmise valemi järgi:

Seetõttu reaktsioonikiirusν T 2 temperatuuril 70 O Suurema reaktsioonikiirusegaν T 1 temperatuuril 30 O C 16 korda.

Näide 3 Homogeense süsteemi tasakaalukonstant:

CO(g) + H 2 O(g) = CO 2 (d) + H 2 (G)

850 juures O C on võrdne 1-ga. Arvutage kõigi ainete kontsentratsioonid tasakaalus, kui algkontsentratsioonid on: [CO] viide \u003d 3 mol/l, [N 2 ABOUT] viide = 2 mol/l.

Lahendus. Tasakaaluseisundis on päri- ja tagasireaktsiooni kiirused võrdsed ning nende kiiruste konstantide suhe on konstantne ja seda nimetatakse antud süsteemi tasakaalukonstandiks:

v pr = TO 1 [UNISTUS 2 ABOUT]

v arr = K 2 [CO 2 ][N 2 ]

Ülesande tingimuses on algkontsentratsioonid antud, samas kui avaldisesTO R hõlmab ainult kõigi süsteemi ainete tasakaalukontsentratsioone. Oletame, et kontsentratsiooni tasakaaluhetkeks [СО 2 ] R = X mol/l. Süsteemi võrrandi kohaselt on sel juhul ka moodustunud vesiniku moolide arvX mol/l. Sama arvu muttide puhul (X mol/l) CO ja H 2 O kulutatud hariduseleX mooli CO 2 ja H 2 . Seetõttu on kõigi nelja aine tasakaalukontsentratsioonid:

[CO 2 ] R = [N 2 ] R = X mol/l;

[CO] R = (3 – X ) mol/l;

[N 2 ABOUT] R = (2 – X ) mol/l.

Teades tasakaalukonstanti, leiame väärtuseX ja seejärel kõigi ainete algkontsentratsioonid:

Seega on soovitud tasakaalukontsentratsioonid:

[CO 2 ] R = 1,2 mol/l;

[N 2 ] R = 1,2 mol/l;

[CO] R \u003d 3 - 1,2 \u003d 1,8 mol / l;

[N 2 ABOUT] R \u003d 2 - 1,2 \u003d 0,8 mol / l.

Näide 4 Teatud temperatuuril tasakaalukontsentratsioonid süsteemis

2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2CO 2 (g) olid: = 0,2 mol/l, = 0,32 mol/l, = 0,16 mol/l. Määrake tasakaalukonstant sellel temperatuuril ning CO ja O 2 algkontsentratsioonid, kui algsegu ei sisaldanud CO 2 .

Lahendus:

1). Kuna ülesande tingimuses on antud tasakaalukontsentratsioonid, on tasakaalukonstant 2:

2). Kui algsegu CO 2 ei sisaldanud, siis keemilise tasakaalu momendil tekkis süsteemis 0,16 mol CO 2.

UHRi andmetel:

2CO (g) + O 2 (g) ↔ 2CO 2 (g)

0,16 mol kulutatud CO 2 moodustumine:

υ reageerinud (CO) \u003d υ (CO 2) \u003d 0,16 mol

υ reageerinud (O 2) \u003d 1/2υ (CO 2) \u003d 0,08 mol

Seega

υ esialgne = υ reageeris + υ tasakaal

υ esialgne (CO) \u003d 0,16 + 0,2 \u003d 0,36 mol

υ esialgne (O 2) \u003d 0,08 + 0,32 \u003d 0,4 mol

Aine			CO2
C originaal	0,36
C reageeris	0,16	0,08	0,16
C tasakaal		0,32	0,16

Näide 5Määrake HI tasakaalukontsentratsioon süsteemis

H 2 (g) + I 2 (g) ↔ 2HI (g),

kui mingil temperatuuril on tasakaalukonstant 4 ja H 2 , I 2 ja HI algkontsentratsioonid on vastavalt 1, 2 ja 0 mol/l.

Lahendus. Olgu x mol/l TERE

Aine	H2	ma 2
originaalist , mol/l
koos proreactiga. , mol/l	x/2	x/2
c võrdne. , mol/l	1x/2	PCl 5 (d) = RS l 3 (d) + KOOS l 2(G); Δ H= + 92,59 kJ. Kuidas muuta: a) temperatuuri; b) rõhk; c) kontsentreerimine, et nihutada tasakaal otsese reaktsiooni – lagunemise – suunasPCl 5 ? Lahendus. Keemilise tasakaalu nihe või nihe on reagentide tasakaalukontsentratsioonide muutus ühe reaktsioonitingimuste muutumise tagajärjel. Tasakaalu nihkumise suund määratakse Le Chatelier' põhimõtte järgi: a) alates lagunemisreaktsioonistPCl 5 endotermiline (Δ H > 0) siis tasakaalu nihutamiseks otsese reaktsiooni suunas on vaja temperatuuri tõsta; b) kuna selles süsteemis PCl paisumine 5 viib mahu suurenemiseni (ühest gaasimolekulist moodustub kaks gaasimolekuli), siis tasakaalu nihutamiseks otsese reaktsiooni suunas on vaja rõhku alandada; c) tasakaalu nihutamine näidatud suunas on saavutatav RS kontsentratsiooni suurenemisenal 5 ja PCl kontsentratsiooni langus 3 või Cl 2 .

Keemilised reaktsioonid on pöörduvad ja pöördumatud.

pöördumatud reaktsioonid nimetatakse selliseid reaktsioone, mis lähevad ainult ühes (edasi →) suunas:

need. kui mõni reaktsioon A + B = C + D on pöördumatu, tähendab see, et pöördreaktsiooni C + D = A + B ei toimu.

Pöörduvad reaktsioonid - need on reaktsioonid, mis kulgevad nii edasi kui ka vastupidises suunas (⇄):

st kui teatud reaktsioon A + B = C + D on pöörduv, tähendab see, et nii reaktsioon A + B → C + D (otsene) kui ka reaktsioon C + D → A + B (tagurpidi) kulgevad samaaegselt ).

Tegelikult sellepärast kulgevad nii otse- kui ka pöördreaktsioonid, reagente (lähteaineid) võib pöörduvate reaktsioonide korral nimetada nii võrrandi vasakpoolseks kui ka võrrandi paremal pooleks olevateks aineteks. Sama kehtib ka toodete kohta.

Iga pöörduva reaktsiooni korral on võimalik, et edasi- ja tagasireaktsiooni kiirused on võrdsed. Sellist seisundit nimetatakse tasakaaluseisund.

Tasakaaluseisundis ei muutu nii kõigi reagentide kui ka kõigi saaduste kontsentratsioonid. Saaduste ja reaktiivide kontsentratsioone tasakaalus nimetatakse tasakaalukontsentratsioonid.

Keemilise tasakaalu nihe erinevate tegurite mõjul

Süsteemi selliste välismõjude tõttu, nagu temperatuuri, rõhu või lähteainete või saaduste kontsentratsiooni muutus, võib süsteemi tasakaal häiruda. Kuid pärast selle välismõju lakkamist läheb süsteem mõne aja pärast uude tasakaaluseisundisse. Sellist süsteemi üleminekut ühest tasakaaluseisundist teise tasakaaluolekusse nimetatakse keemilise tasakaalu nihe (nihe). .

Selleks, et oleks võimalik kindlaks teha, kuidas keemiline tasakaal teatud tüüpi kokkupuutega nihkub, on mugav kasutada Le Chatelieri põhimõtet:

Kui tasakaaluseisundis süsteemile avaldatakse mingit välist mõju, langeb keemilise tasakaalu nihke suund kokku reaktsiooni suunaga, mis nõrgendab löögi mõju.

Temperatuuri mõju tasakaaluseisundile

Kui temperatuur muutub, nihkub mis tahes keemilise reaktsiooni tasakaal. See on tingitud asjaolust, et igal reaktsioonil on termiline efekt. Sel juhul on edasi- ja tagasireaktsioonide termilised mõjud alati otseselt vastupidised. Need. kui pärireaktsioon on eksotermiline ja kulgeb soojusefektiga, mis on võrdne +Q-ga, siis on pöördreaktsioon alati endotermiline ja selle termiline efekt on võrdne -Q-ga.

Seega, kui tõstame Le Chatelier’ põhimõtte kohaselt mõne tasakaaluseisundis oleva süsteemi temperatuuri, siis tasakaal nihkub reaktsiooni suunas, mille käigus temperatuur langeb, s.t. endotermilise reaktsiooni suunas. Ja samamoodi, kui alandame tasakaaluseisundis süsteemi temperatuuri, siis tasakaal nihkub reaktsiooni suunas, mille tulemusena temperatuur tõuseb, s.t. eksotermilise reaktsiooni suunas.

Näiteks kaaluge järgmist pöörduvat reaktsiooni ja näidake, kuhu selle tasakaal temperatuuri langedes nihkub:

Nagu ülaltoodud võrrandist näha, on edasisuunaline reaktsioon eksotermiline, st. selle voolamise tulemusena eraldub soojust. Seetõttu on pöördreaktsioon endotermiline, see tähendab, et see toimub soojuse neeldumisega. Vastavalt tingimusele alandatakse temperatuuri, mistõttu tasakaal nihkub paremale, s.t. otsese reaktsiooni suunas.

Kontsentratsiooni mõju keemilisele tasakaalule

Reaktiivide kontsentratsiooni suurendamine vastavalt Le Chatelier' põhimõttele peaks kaasa tooma tasakaalu nihke reaktsiooni suunas, milles reaktiive tarbitakse, s.t. otsese reaktsiooni suunas.

Vastupidiselt, kui reagentide kontsentratsiooni alandada, siis tasakaal nihkub reaktsiooni suunas, mille tulemuseks on reagentide moodustumine, st. pöördreaktsiooni pool (←).

Reaktsiooniproduktide kontsentratsiooni muutus mõjutab samuti sarnaselt. Kui tõstate toodete kontsentratsiooni, nihkub tasakaal reaktsiooni suunas, mille tulemusena tooted tarbitakse, s.t. pöördreaktsiooni suunas (←). Kui aga toodete kontsentratsiooni alandatakse, nihkub tasakaal otsereaktsiooni (→) suunas, et produktide kontsentratsioon suureneks.

Rõhu mõju keemilisele tasakaalule

Erinevalt temperatuurist ja kontsentratsioonist ei mõjuta rõhu muutus iga reaktsiooni tasakaaluolekut. Selleks, et rõhu muutus tooks kaasa keemilise tasakaalu nihke, peavad võrrandi vasakul ja paremal küljel gaasiliste ainete ees olevate koefitsientide summad olema erinevad.

Need. kahest reaktsioonist:

rõhu muutus võib tasakaaluseisundit mõjutada ainult teise reaktsiooni korral. Kuna koefitsientide summa gaasiliste ainete valemite ees on esimese võrrandi korral vasakul ja paremal sama (võrdne 2-ga) ja teise võrrandi puhul erinev (4 vasakul ja 2 paremal).

Eelkõige sellest järeldub, et kui nii reagentide kui ka saaduste hulgas pole gaasilisi aineid, siis ei mõjuta rõhu muutus kuidagi hetke tasakaaluseisundit. Näiteks rõhk ei mõjuta reaktsiooni tasakaaluolekut:

Kui gaasiliste ainete kogus on vasakul ja paremal pool erinev, põhjustab rõhu tõus tasakaalu nihkumise reaktsiooni suunas, mille käigus gaaside maht väheneb ja rõhu langus reaktsiooni suunas. reaktsioon, mille tulemusena suureneb gaaside maht.

Katalüsaatori mõju keemilisele tasakaalule

Kuna katalüsaator kiirendab võrdselt nii edasi- kui ka vastupidist reaktsiooni, siis selle olemasolu või puudumine ei mõjuta tasakaaluseisundisse.

Ainus asi, mida katalüsaator võib mõjutada, on süsteemi ülemineku kiirus mittetasakaaluseisundist tasakaaluolekusse.

Kõikide ülaltoodud tegurite mõju keemilisele tasakaalule on allpool kokku võetud petulehes, mida saate algul tasakaaluülesannete täitmisel piiluda. Kuid ta ei saa seda eksamil kasutada, seetõttu tuleks pärast tema abiga mitme näite analüüsimist õpetada ja treenida tasakaalu ülesandeid lahendama, mitte enam temasse piiluma:

Nimetused: T - temperatuur, lk - surve, Koos – keskendumine, – tõus, ↓ – vähenemine

Katalüsaator

T	T - tasakaal nihkub endotermilise reaktsiooni suunas
	↓T - tasakaal nihkub eksotermilise reaktsiooni suunas
lk	lk - tasakaal nihkub gaasiliste ainete ees väiksema koefitsientide summaga reaktsiooni poole
	↓lk - tasakaal nihkub gaasiliste ainete ees suurema koefitsientide summaga reaktsiooni poole
c	c (reagent) - tasakaal nihkub otsese reaktsiooni suunas (paremale)
	↓c (reagent) - tasakaal nihkub pöördreaktsiooni suunas (vasakule)
	c (produkt) - tasakaal nihkub pöördreaktsiooni suunas (vasakule)
	↓c (toode) - tasakaal nihkub otsese reaktsiooni suunas (paremale)
Ei mõjuta tasakaalu!

Kooskõlas Le Chatelier’ põhimõte Kui tasakaaluseisundis olevale süsteemile avaldatakse väline mõju, nihkub tasakaal reaktsiooni suunas, mis seda mõju nõrgendab.

Näiteks

3H2 + N22NH3 - DH.

1. Kontsentratsiooni mõju. Kui lähteainete kontsentratsiooni suurendada, nihkub tasakaal produktide moodustumise suunas ja vastupidi.

Lähteainete N 2 ja H 2 kontsentratsioonide vähendamine toob kaasa tasakaalu nihke paremalt vasakule, mille tulemusena N 2 ja H 2 kontsentratsioonid ammoniaagi lagunemise tõttu taas suurenevad.

2. Surve mõju. Sel juhul võetakse arvesse ainult gaasilisi reaktsioonis osalejaid. Rõhu suurenedes nihkub tasakaal süsteemi poole, mis koosneb väiksemast arvust gaasiliste ainete moolidest.

Süsteemi rõhu suurenemine toob kaasa tasakaalu nihke vasakult paremale, kuna vasakul pool koguarv gaasimool 4 ja paremal 2.

3. Temperatuuri mõju. Sõltub reaktsiooni termilisest efektist.

Nimetatakse keemilisi võrrandeid, milles on näidatud reaktsioonide soojusefekt termokeemilised võrrandid. Keemiliste reaktsioonide termokeemilistes võrrandites näidatakse soojusefekti suuruse DH abil, mida nn. entalpia muutus(soojussisaldus). Entalpia on aine moodustumise ajal kogunenud energia mõõt.

–DH, eraldub soojust, s.o. reaktsioon on eksotermiline;

DH, soojus neeldub, st. reaktsioon on endotermiline;

Otsene reaktsioon on eksotermiline, st. temperatuuri tõustes nihkub tasakaal paremalt vasakule, endotermilise reaktsiooni suunas.

4. Katalüsaatori mõju. Katalüsaatorid kiirendavad võrdselt nii edasi- kui ka vastupidiseid reaktsioone ega nihuta seetõttu keemilist tasakaalu, vaid aitavad ainult kaasa tasakaaluseisundi kiiremale saavutamisele.

Harjutus. Gaasisüsteem A + B C - DH. Millist mõju avaldab aine C tasakaalukontsentratsioon:

a) rõhu tõus. Vasakul küljel on 2 mooli aineid. Paremal 1 mol, s.o. tasakaal nihkub vasakult paremale aine C tekke suunas, C kontsentratsioon suureneb. (®)

b) aine A kontsentratsiooni suurenemine. Tasakaal nihkub vasakult paremale aine C tekke suunas, kontsentratsioon C suureneb.(®).

c) temperatuuri tõus. Otsene ekso, vastupidine - endotermiline. Tasakaal nihkub paremalt vasakule ().

Harjutus. Kuidas mõjutab rõhu tõus süsteemi tasakaalu?

Fe 3 O 4 (tv) + CO (g) 3FeO + CO 2 (g)

Süsteemi tasakaal ei muutu.

Harjutus. Kuidas tuleks temperatuuri, rõhku ja kontsentratsiooni muuta, et tasakaal nihutaks otsereaktsiooni suunas?

PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) + 92,59 kJ

a) reaktsioon on endotermiline, tuleb temperatuuri tõsta.

b) rõhku tuleb alandada

c) kas suurendada PCl 5 kontsentratsiooni või vähendada PCl 3 ja Cl 2 kontsentratsiooni.

Harjutus. 2SO 2 (g) + O 2 (g) Û 2SO 3 (g). Millist mõju avaldab tasakaaluseisund?

a) rõhu tõus;

Otsese reaktsiooni kulgemisel gaasiliste ainete hulk süsteemis väheneb (2 mol SO 2 gaasist ja 1 mol gaasilisest O 2 tekib vedel SO 3). Rõhu tõus nihutab tasakaalu väiksema koguse gaasiliste ainete, st SO 3 moodustumise suunas. (®).

b) vääveloksiidi (VI) kontsentratsiooni vähenemine?

SO 3 kontsentratsiooni langus (produkti eemaldamine reaktsioonisüsteemist) põhjustab tasakaalu nihke SO 3 moodustumise suunas. (®).

Harjutus. A + B Û 2C -

Millist mõju avaldavad need tasakaaluolekule.